Dane informacyjne 18 Liceum Ogólnokształcące w Szczecinie ID grupy- 97/15_mf_g1 Kompetencja- matematyczno- fizyczna Temat projektowy- Zjawiska optyczne w atmosferze Rok szkolny 2009/2010 1

Na początek trochę teorii Co to jest światło? Pytanie to ludzie zaczęli zadawać sobie już dawno temu. Spoglądali w niebo i dziwili się mnogością zjawisk w atmosferze. Widzieli, że gdy słońce wschodzi, niebo nad horyzontem jaśnieje, staje się czerwonawe, potem żółtawe, by na koniec zabarwić się na niebiesko. Kiedy zaś Słońce zachodzi, niebo zmienia swoją barwę od niebieskiej poprzez zieloną, żółtą, pomarańczową, by wreszcie stać się czerwone. Czasami nocą Księżyc otoczony jest kolorowymi pierścieniami o różnej intensywności. W ciągu dnia niebo często rozjaśnia się barwami tęczy. Termin "optyka" pochodzi od greckiego słowa optikos, co znaczy "widzialny". Optyka jest nauką o świetle. Historia optyki zaczęta się w Grecji, dwa i pot tysiąca lat temu. Starożytni Grecy byli zafascynowani sekretami światła i widzenia. Badali kolory i zjawiska z nimi związane, jak na przykład tęcze. Udało im się nawet sformułować prawa rozchodzenia i odbijania się światła. Grecy wierzyli, że musi być jakiś kontakt pomiędzy widzianym obiektem a organem widzenia. 2

Światło jest falą elektromagnetyczną dla której obserwujemy zjawiska: 1. Odbicie promienia świetnego 2. Załamanie światła 3. Ugięcie fali Dzięki temu na niebie często możemy dostrzec prawdziwe cuda. 3

Ugięcie światła-dyfrakcja Używając silnych punktowych źródeł światła możemy zaobserwować dyfrakcję fal świetlnych przechodzących przez niewielkie otwory. Obraz dyfrakcyjny możemy zaobserwować patrząc przez prawie przymknięte powieki na silne, niewielkie źródło światła. Wokół źródła widzimy wówczas świetliste smugi, których układ zmienia się przy poruszaniu powiekami. Dyfrakcja światła polega na odchyleniu od prostoliniowego rozchodzenia się światła w pobliżu ciał nie przezroczystych.Na ekranie umieszczonym za przeszkodą uginającą światło obserwuje się - zamiast ostrej granicy światła i cienia - układ prążków dyfrakcyjnych (linie jednakowego natężenia oświetlenia) w postaci ciemnych i jasnych prążków. Kształt otrzymanych obrazów dyfrakcyjnych oraz rozkład maksimów i minimów oświetlenia można wyjaśnić na podstawie zasady Huyghensa i zjawiska interferencji. Zasada Huyghensa opiera się na założeniu, że każdy punkt ośrodka, do którego dochodzi czoło fali, staje się źródłem wtórnych fal elementarnych

Odbicie światła Odbicie światła, zjawisko zmiany kierunku rozprzestrzeniania się promieni świetlnych zachodzące na granicy dwóch ośrodków, przy czym gdy co najmniej jeden z nich jest przezroczysty. Przy odbiciu zachodzącym na powierzchni, której nierówności są małe w odniesieniu do długości padającej fali świetlnej, spełnione jest tzw. prawo odbicia (W. Snellius, 1618): promień odbity pozostaje w tym samym ośrodku, w jakim znajdował się promień padający, oba promienie (padający i odbity) należą do jednej płaszczyzny prostopadłej do powierzchni odbijającej, kąty zawarte w tej płaszczyźnie pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkami obu promieni są sobie równe.

Przykłady odbicia światła w przyrodzie

Załamanie światła Jeśli światło pada na granicę dwóch przezroczystych ośrodków, to zwykle jego część odbija się (zgodnie z prawem odbicia), a część wchodzi do drugiego ośrodka. Mówimy, że światło załamuje się.

Światło w przyrodzie Słup światła Halo Łuk okołozenitalny Tęcza Słup światła Halo Łuk okołozenitalny Iryzacja chmur Wieniec

Nasze doświadczenia

Doświadczenie z płytą CD Istnieje szereg sposobów bezpośredniego wykorzystania płyty CD jako analizatora widma. Intensywność kolorów przy obserwacji różnych źródeł światła - nawet w obecności rozproszonego oświetlenia dziennego - jest zadziwiająca. Dzieje się tak, ponieważ obserwacja odbywa się w świetle odbitym, a nie przechodzącym - jak w przypadku pryzmatu - i kolory obserwuje się bez ciągłego, jasnego tła. Żarowe źródło światła daje oczywiście widmo ciągłe. Obserwacje można przeprowadzić np. stając tyłem do lampy pokojowej w odległości 2-3 metrów i trzymając płytę w wyciągniętej ręce, nieco powyżej oczu. Najpierw należy pochylić płytę wzdłuż osi poziomej, tak aby na jej górnej części ujrzeć odbicie żarówki. Następnie należy pochylać górną krawędź do siebie, aż do ujrzenia pierwszego rzędu dyfrakcji. Przy dalszym pochylaniu ujrzymy drugi rząd - zachodzący częściowo na trzeci: kolor czerwony drugiego rzędu zlewa się z kolorem fioletowym dając kolor karminowy.

Zademonstrowanie zjawiska interferencji i dyfrakcji. Materiały: 2 białe kartki papieru, żyletka, laser W jednej z kartek papieru za pomocą nożyka robimy cienką szczelinę. Zaginamy jeden z boków kartki tak aby utrzymywała się w pozycji pionowej. Druga kartka będzie służyła nam za ekran. Również zaginamy ją tak, aby była w pozycji pionowej. Ustawiamy najpierw kartkę ze szczeliną a następnie w odległości ok. 30cm nasz ekran. Gotowy układ pomiarowy do doświadczenia interferencja i dyfrakcja. Za pomocą lasera świecimy na szczelinę i obserwujemy obraz na ekranie .Wynik:Na kartce obserwujemy prążki interferencyjne. Dlaczego? Szczelina w kartce papieru jest naszą przesłoną. Zgodnie z zasadą Huygensa, każda szczelina jest źródłem fali kulistej. Wiązka światła laserowego, która ma określoną barwę i długość fali padając na przesłonę ulega zjawisku dyfrakcji, czyli ugięciu. Po przejściu przez szczelinę ugięte światło ulega zjawisku interferencji. Nakładają się na siebie fale zgodne lub w przeciwnej fazie. W związku z tym na ekranie nie obserwujemy jednego jasnego prążka, tylko serię prążków, na przemian ciemnych i jasnych.

Krążek Newtona Otrzymanie światła białego przez addytywne składanie barw. Materiały: nożyczki, dwustronna taśma klejąca, kolorowe kartki (czerwona, zielona, niebieska, żółta, jasnoniebieska, różowa) plastikowy krążek chroniący płyty CD kołeczek z drewna Kolorowe kartki tniemy tak, aby otrzymać wycinki koła każdego koloru. Za pomocą taśmy dwustronnej przyklejamy je do płyty CD lub przegródki od płyt. Kołeczek powinien być naostrzony i powinien być tak duży, aby zmieścić się w otworze płyty CD. Tak wykonane urządzenie wprawiamy w ruch kręcąc kołeczkiem i obserwujemy rezultat. Dla lepszego efektu możemy przymocować płytę do szlifierki lub wiertarki i włączyć, aby się obracała. Gdy wprawimy krążek w szybki ruch obrotowy, przestajemy widzieć poszczególne barwne sektory. Cała powierzchnia wydaje się mieć barwę zbliżoną do białej. Światło białe składa się z następujących barw: czerwona, pomarańczowa, żółta, zielona, niebieska i fioletowa. Ze względu na ograniczoną czasową zdolność rozdzielczą siatkówki oka („bezwładność”) następujące po sobie obrazy nie są widziane oddzielnie, ale jako występujące jednocześnie. Takie złożenie obrazów o barwach tęczy daje wrażenie, że krążek jest biały. W ten sposób udowadniamy, że światło białe jest mieszaniną światła o różnych barwach.

Światłowód Do tego doświadczenia potrzebna będzie butelka plastikowa, w której wycinamy na dole otwór i latarka. Napełniamy ją wodą i kierujemy strumień światła latarki w otwór przez, który leci woda. Po zgaszeniu światła obserwujemy światłowód.

Dziękujemy za uwagę